Réponses de l’Académie des technologies aux questions posées par l’OPECST sur l’impression 3D

LES PRINCIPAUX MESSAGES DU DOCUMENT

1. La fabrication additive (FA) provoquera des bouleversements dans de

6. La FA peut être un des leviers de relocalisations industrielles et

nombreux domaines : source d’opportunités et de relances de secteurs,

d’aménagement du territoire compte -tenu des opportunités qu'elle per-

elle est naturellement aussi source de risques pour les acteurs dominant s

met.

notamment (par exemple le secteur du luxe en France). Il est donc essen7. Dans le cadre des réformes de l’enseignement, il serait judicieux d’utiliser

tiel d’être vigilant et ambitieux.

la FA dans l'enseignement général et professionnel pour travailler la matière, sensibiliser au réel, préparer les acteurs de demain.

2. L'industrie est concernée, mais il ne faut pas oublier le grand public même si pour l'instant son engouement pour la FA ne semble pas au rendez-vous.

8. Enfin il est nécessaire de penser au droit de propriété . 3. Dans tout domaine, la clé du suc cès tient à la capacité d'intégration matériaux / robotique / machine de fabrication / logiciels mais aussi au talent d'utilisation, ce qui nécessite de susciter coopération et mise en réseau des acteurs concernés (voir point 5). 4. Impactant de nombreux domaines, la FA pourrait permettre de revenir dans la filière de la machine – outil. 5. Au-delà des initiatives déjà prises, pour réussir, il faut, à l’instar d’autres pays, une action des pouvoirs publics pour soutenir et renforcer la mise en réseau, la coordination, la coopération entre les acteurs mobilisés autour de la FA, de l'université et de la recherche vers les start -ups et industriels existants ; un ou quelques nœuds de réseau pourraient être chargés explicitement de la coordination et de promouvoir le s coopérations avec des objectifs précis (le CETIM et les Instituts Carnot ?).

1

La DGE et le CGET 1 ont publié une étude prospective sur le futur de la

Remarques préliminaires

fabrication additive (janvier 2017) Il existe une organisation nationale et même internationale de la fabrication

https://www.entreprises.gouv.fr/files/files/directions_services/etudes -et-

3D. Cette fabrication 3D est définie par la norme NF-ISO/ASTM 52900 comme

statistiques/prospective/Industrie/2017 -Fabrication-additive.pdf . Cette étude

« procédé consistant à assembler des matériaux pour fabriquer des pièces à

analyse le positionnement et les conditions de développement de la

partir de données de modèle en 3D, en général couche après couche, à

fabrication additive en France et dans ses territoires, sur le marché grand

l’inverse des méthodes de fabrication soustractive et de mise en forme ».

public et au sein des filières indus trielles et de leurs processus productifs.

Cette technologie disruptive par rapport à la fabrication traditionnelle , et qui

Elle présente aussi une analyse SWOT 2 de l’offre française dans un contexte

a en fait démarré il y a 15 -20 ans voit ses applicat ions démultipliées dans le

international.

cadre de la « transition numérique » et de la 4

e

révolution industrielle

Nous sommes donc face à un sujet en pleine effervescence.

(« industrie du futur » ou « usine 4.0 », chère à l’Allemagne).

1. Pourquoi ce sujet ? Vers quelles directions orienter notre étud e ? Vous pouvez contacter le responsable de ce sujet pour la France : [email protected] (plutôt « politique ») ou [email protected] (plus

Ce sujet est effectivement très important à étudier pour l’OPECST compte -

« technique ») ainsi que visiter le site dédié de l’Alliance pour l’Industrie du

tenu des implications techniques, stratégiques, industrielles, économiques et

Futur (AIF) : http://aif.diwi.org/. Par ailleurs, presque toutes les régions de

sociétales. Cet aspect varié des impacts potentiels de ce développement

France et presque tous les organismes tels que le CEA, le CNRS, la FIM/CETIM,

technologique est particuliè rement développé ici autour de la question 4.

Syndicat du conseil, l’UIMM etc… ont un groupe de travail sur la fabrication additive. Citons l’étude de recensement des acteurs clés de la R&D en

a. La technologie est encore en développement avec de nombreuses voies

fabrication additive (compétences et moyens) en France qui a été réalisée

techniques possibles suivant le type d’application, le type de matériau

auprès de 60 centres de compétences (mai 2017). Cette cart ographie a été

concerné, l’arbitrage qualité/ productivité / coûts, etc…

établie

par

les

Instituts

Carnot

([email protected])

de

la

filière

Manufacturing, dont le CETIM est pilote, en lien avec l’AIF et la communauté

b. Nous

sommes

typiquement

encore

dans

la

période

classique

Fabrication additive :

d’excitation autour d’une nouvelle technologie où les investissements

http://www.cetim.fr/Actualites/En -France/A-la-une/La-fabrication-additive-a-

publics et privés augmentent rapidement. Cet enthousiasme sera

sa cartographie-des-acteurs-clés-de-la-R-D (également téléchargeable sur le

forcément partiellement « douché » pour certaines pistes avant que les

site dédié de l’AIF).

vraies pistes d’industrialisation ne soient dégagées – même si certaines 1

En collaboration avec l’Observatoire de la plasturgie, le Syndicat fr ançais de l’industrie cimentière, Aluminium France, l’Alliance des Minerais, Minéraux et Métaux ainsi que la Fédération forge fonderie 2

2

Strenghs, Weaknesses, Opportunities, Threats

existent déjà comme celle des prothèses ou de certains composants

Le rapport de l’Académie des technologies insiste sur la formation pour

dans l’aviation. Avoir misé sur les bonnes technologies, les bons sujets

réussir la transition numérique.

ainsi que sur les bonnes conditions d’application fera la différence. Quant à savoir dans quelle direction orienter l’étude de l’OPECST, nous ne c. La France n’a pas de véritable politique aujourd’hui dans le domaine

pouvons pas facilement donner de priorités tant les diff érents aspects sont

mais commence à en développer une (voir remarque ci -dessus sur l’AIF

entremêlés même si une analyse fine de la situation de secteurs -clés

et le rapport DGE/CGET, avec la difficulté des relations nationales /

(aéronautique,

régionales). L’Académie de s technologies a d’ailleurs publié récemment

particulièrement) semble une base.

automobile,

secteur

médical,

industrie

du

luxe

3

un rapport sur l’industrie du futur qui inclut la fabrication additive . Ce rapport souligne la nécessaire coordination nat ionale et régionale. Il

2. Quels sont les champs d’application de l’impression 3D ? Outre les

est à noter que l’Allemagne, les USA et le Japon ont lancé chacu n une

aspects industriels, quelle est l’importance de l’usage domestique

initiative nationale.

(ou dans les « Fab lab ») de l’impression 3D ? Comment prévoyez vous l’évolution du marché « grand public » de l’impression 3D ?

d. Le PIA3 met une forte priorité sur la « transition numérique », laquelle inclut la fabrication additive. C’est pourquoi, plusieurs instituts créés par

le

PIA1

se

sont

fédérés

pour

attaquer

ce

sujet.

Les imprimantes sont et seront de dimension s très différentes. Des petits

C’est

ateliers et des bricoleurs se procureront des petites machines simples o u très

particulièrement le cas de 4 Instituts de Recherche Technologiques

spécialisées et des grands industriels dans divers secteurs s’équiperont d’un

(IRT) sur les 8 existants.

parc de grandes machines, avec tous les intermédiaires imaginables.

e. Des bouleversements sont à attendre avec leur cortège d’opportunités

Les aspects « grand public » concernent les imprimantes 3D permettant de

et de risques pour nombre de secteurs industriels, Des positions

fabriquer des formes complexe s avec une précision qui ira croissante . Ces

dominantes pourront être gagnées, d’autres perdue s. C’est ainsi par

imprimantes sont déjà disponibles sur le marché avec les logiciels associés (il

exemple, que l’industrie du luxe, où la France est dominante, doit être

suffit de taper « imprimante 3D » sur un moteur de recherche). L’ensemble

active ! De plus, les progrès de la fabrication additive vont rendre

est accessible à des prix raisonnables (500€ environ). Le matériau est un

obsolètes certains types de fabrication actuels dans des secteurs déjà

plastique spécial. Il n’est pas facile de savoir qui va prendre la place

en situation difficile : par exemple, la plasturgie, la forge, la fonderie.

prépondérante dans la chaîne de valeur entre les fabricants de machine, les

Une évolution importante de ces métiers est à prévoir. Ils en sont

fournisseurs de matériaux et les fournisseurs de logiciels.

conscients : c’est une opportunité aussi mais ce ne sera pas indolore. L’accessibilité de cette tec hnologie à un environnement familial va permettre une très grande diversité d’utilisations pour l’instant peu prévisibles.

3

Industrie du futur : du système technique 4.0 au système social, rappor t voté le 8 novembre 2017 3

Les utilisateurs potentiels familiaux ne semblent cependant pas pour le

Encart 1 - Un exemple de Fab Lab créé dans une ETI dont tous les services tirent profit de l’impression 3D plastique : du prototype au

4

moment se ruer pour utiliser ces nouvelles possibilités .

bureau d’étude, des démonstrateurs marketing à l ’outillage sur les machines de production. Pour que tous « apprivoisent » cette

Un autre aspect important est la précision de la forme obtenue. La

technique, AXON’ CABLE (2150 salariés) a créé un « Fab Lab Café »

compétition se fera sur les aspects prix et sur les aspects qualité, avec

dans l’entreprise, où tout est gratuit (Arduino, filament plastique…)

probablement une vaste gamme d’imprimantes entre « approximatif mais pas

et où les salariés, n’ayant pas appris l es technologies 4.0 à l’école, peuvent amener leurs enfants et leurs amis.

cher » et « plutôt précis mais plus cher ». La France a sûrement des atouts

En faisant des objets pour eux et sur leur temps privé, cela forme les

sur les matériaux et sur les logiciels. Elle a moins d’atouts sur la fabrication

salariés et leur donne des idées qu’ils pourraient appliquer dans

5

des machines elle-même sauf pour des créneaux industriels assez spécialisés .

l’entreprise : c’est le retour sur investiss ement pour l’entreprise.

Nous sommes pratiquement absents des imprimantes « familiales » car les

3. Quelles sont les questions posées par l’impression 3D ? Quelles

grands acteurs du marché pour les imprimantes 2D en développent déjà.

sont les problématiques ? Les « Fab lab » sont un élément indispensable pour que la technologie soit accessible à un grand nombre d’entreprises. C’est important pour leur

Il y a de multiples technologies (voir l’annexe 1 qui dénombre 7 « familles »,

montée en compétence : il faut pouvoir expérimenter sur des machines

chacune d’elle ayant un nombre important de variantes). Cha cune d’elle a des

concrètes sur des « produits » qui vous concernent (voir encart 1). Ces « Fab

avantages et des inconvénients en matière de coût, de précision, de rapidité

lab » sont également importants pour la formation initiale et continue (voir

d’exécution…etc. De plus, le choix dépendra énormément des applications :

aussi 4.3.4 en complément).

utiliser une imprimante 3D pour faire un cadeau original à votre fille sera différent de fabriquer en série des composants de sécurité pour un avion de

Notons au passage que les premiè res imprimantes 3D ont commencé en

ligne.

France grâce à Jean-Claude André 6. La chaîne de valeur, résumée dans le diagramme ci -dessous, est assez complexe et toutes les étapes doivent être intégralement maîtrisées pour réaliser une offre globale . Les « briques » foncées nous paraissent les points essentiels, 4

Au Consumer Electronic Show qui s’est tenu à Las Vegas début janvier 2018, l’absence de leaders du domaine témoigne des difficultés actuelles du marché de l’impression 3D « grand public » 5

Par exemple l’entreprise rechargement laser

BeAM :

http://www.beam-machines.fr/

pour

le

reste

pouvant

plus

facilement

être

sous -traité.

Une

redistribution de la création de valeur le long de la chaîne productive aura donc certainement lieu.

le

6

Le 16 juillet 1984, le 1 e r brevet sur la « fabrication additive » est déposé, par trois Français : Jean-Claude André, Olivier de Witte, et Alain le Méhauté, pour l’entreprise CILAS ALCATEL 4

Les enjeux dépendent énormément du marché applicatif visé : si on reprend l’exemple des imprimantes 3D « familiales », il y a beaucoup d’études de

1ere:

Matière poudre, liquide, solide

marché mais à prendre avec un cer tain recul.

En particulier on notera l’importance de la p artie numérique qui se développe très rapidement. Comme dans le cas de l’usine 4.0, les fabricants de machines devront développer des « jumeaux numériques ou digital twin » pour les

Evolution de la vente d’équipements et de consommables ainsi que de

différentes techniques de l’impression 3D. L’autre point compliqué est la

services d’impression 3D depuis 2007 d’après le rapport Wohlers

maîtrise du comportement des matériaux en cours de production car cette

2016. En 2015, le marché de l’impression 3D était de 5,165 milliards

technique transforme la matière. Dans le cas des pièces métalliques par

de $. En 2016, toujours selon Wohlers (r apport 2017), il a atteint

exemple, il y a une métallurgie spécifique qu’il s’agit de comprendre . Ce sont

6,063 milliards de $, soit 17,4% de croissance par rapport à 2015

là des domaines où la France a de s compétences qui peuvent être utilisées. En tous cas, les avis sont unanimes : il y a un grand potentiel, probablement surévalué comme souvent dans ce genre de sit uation mais pourtant bien réel.

4. Quels sont les enjeux : économiques, stratégiques, industriels, éthiques (Homme augmenté…), écologiques (déchets, recyclage…),

4.1.1 Les enjeux concernent la conception et le design grâce à la rapidité avec

sociaux, juridiques (propriété intellectuelle…)…?

laquelle le produit peut être modifié, adapté à la demande des clients (changement de quelques lignes de code et relance de l’impression). Ces

4.1. Enjeux économiques mondiaux

technologies sont révolutionnaires dans les phases de prototypage. C’est d’ailleurs

Les enjeux sont considérables et concernent de nombreux secteurs. Les

historiquement

leur

première

application

(aéronautique,

automobile).

prévisions de croissance du marché mondial de la fabrication additive à

Dans le même ordre d’idée mais en allant au -delà, c’est une source

l’horizon 2020 (vente de machines, consommables et services associés)

importante d’innovations car il est possible d’inventer des formes totaleme nt

varient entre 11,7 et 21,2 milliards de $, se lon les cabinets d’étude (cf. étude

nouvelles avec des géométries plus complexes, d’intégrer davantage de

de la DGE/CGET citée en préli minaire).

fonctionnalités, réduisant ainsi le nombre d’étapes d’assemblage. 5

Ceci donne donc une grande liberté de design, permettent de tester une

4.1.2 Des enjeux concernent la maintenance grâce à la possibilité d’imprimer

grande variété de prototypes ainsi que leur q ualité avant la production

localement une pièce de rechange/détachée ou un composant par simple

industrielle, réduisant ainsi le délai de développement du produit. C’est

envoi du fichier, évitant ainsi le transport à grande distance de grandes

particulièrement

des

pièces par exemple, ainsi que le stockage des pièces en général. Ceci a donc

produits. En particulier pour les objets de luxe, il est possible de libérer la

un impact potent iel sur la chaîne d’approvisionnement de matériels et sur la

création et d’aller à l’ultra-personnalisation (ex. chaussures, vêtements… ,

gestion des unités de stockage.

important

pour

une

personnalisation

esthétique

voir encart 2). Ces potentialités pourront cependant aussi susciter l’arrivée de nouveaux acteurs en France et remettre en cause les positions dominantes

4.1.3 Les outils d’optimisation topologique 3D de la forme permettent de

(secteur du luxe par exemple) .

dessiner des pièces engageant le moins de matière possible pour une

De plus, modèle numérique et modèle physique pourront être développés

application donnée. Cette possibilité, couplée au principe même de la

simultanément (design dynamique).

fabrication additive (procédant par ajout de matière au lieu de le faire par enlèvement), permet de réduire de façon importante la quantité de matière nécessaire pour un produit don né. Il semble que cela permette également

Encart 2 - Personnalisation (secteur du luxe) *

des gains sur l’énergie engagée, globalement, pour la réalisation de la pièce.

De nouvelles opportunités pour la création La

possibilité

de

transformer

une

création

originale

La valeur ajoutée obtenue par ce gain de performance intrinsèque et

décrite

fonctionnelle compense ainsi le prix de fabrication généralement plus élevé.

numériquement en un objet tridimensionnel libère complètement le travail de création. L’impression 3D peut aussi être combinée aux savoir-faire de production t raditionnels pour les préserver . Il sera par

4.1.4 Enfin, la « gamme » de fabrication d’un produit est généralement plus

ailleurs important de définir le droit de la proprié té de la création.

courte car l’opération de fabrication additive peut remplacer plusieurs

De l’ultra personnalisation à la co -création ?

opérations avec des procédés plus classiques. D’où des gains en matière de

Le créateur pourra travailler de façon étroite avec son client sur un

délai et de logistique. Cependant, la productivité des procédés classiques est

objet de luxe tout à fait personnel et sur -mesure qui pourra être

souvent bien meilleure. Il faut donc étudier au cas par cas, pièce par pièce ,

fabriqué dans un délai très court.

ce qui peut effectivement être gagné.

Vers la dématéria lisation des vêtements ? Le futur de l’impression 3D dans l’industrie de la mode sera selon certains la dématérialisation. Les stylistes créeront leurs fichiers 3D

4.1.5 Enjeux sur les investissements. Les coûts d’investissements pour des

avant de les vendre directement au public. Il sera possible d’acheter

nouveaux entrants seront probable ment modestes par rapport aux coûts

le design en ligne et d’imprimer ensuite l’objet désiré.

nécessaires pour s’équiper de techniques de production plus traditionnelles.

*travail de l’Académie des technologies en cours de finalisation (1 e r

Ce sera en particulier le cas pour les pays en voie de développement. A

semestre 2018) à propos de l’impact des technologies de demain sur

condition de pouvoir maîtriser la technologie, ceci permettra plus de

l’écosystème de la mode

développements locaux à la fois du point de vue des investissements et de celui de la formation nécessaire. 6

4.2 Cas de la France

Dans le domaine des matériaux métalliques, par exemple, l’aé ronautique est fortement impliquée dans le développement de ses produits avec ces

4.2.1 Il y a des acteurs industriels positionnés sur la chaîne de valeur

technologies car il y a des enjeux très importants au niveau des pièces de

(machines, matériaux, pièces et services), proposant chacun des technologies

rechange, sur la possibilité d’alléger encore plus les structures et sur les

différentes. De nombreuses opportunités existent pour eux (voir encarts 3 et

gains en matières prem ières et en énergie au cours de la fabrication.

5, et annexe 2 - section 2).

Cependant, malgré cette implication qui se traduit par une expérience en matière de prototypage de plusieurs années déjà, très peu de pièces

Encart 3 - L’accompagnement des grands acteurs industriels

métalliques dites non critiques sont aujourd’hui certifiées (par ex emple 4

dans leurs innovations et procédés de production, dans leur

dans le cas de Safran, 1 dans le cas de GE Aviation). Le chemin pour fabriquer

transformation numérique

des pièces dites critiques est encore long car il est nécessaire de construire la

Prodways Group, pôle impression 3D du Groupe français Gorgé, a

robustesse des procédés de fabrication. De plus, la stratégie adoptée par les

consolidé sa

chaîne de valeur

acteurs industriels positionnés sur la chaîne de valeur citée précédemment

(machines, matières, pièces et services) par l’acquisition stratégique

freine l’utilisation généralisée de cette technologie (voir encart 4 et annexe 2

position

sur l’ensemble de la

de certaines entreprises (à titre d’exemp le AvenAo en

2017,

- sections 3 et 4). Cette stratégie sera rapidement remise en question par la

intégrateur des applications de conception et de développement 3D

concurrence chinoise et américa ine.

Dassault Systèmes). Son objectif est de devenir le 3 e acteur mondial du domaine. Il élargit ainsi l’offre pour l’industrie dans les secteurs notamment de l'aéronautique et du médical pour accompagner la transformation numérique des entreprises (Prodways a par exemple signé un partenariat avec Safran en 2017). Le

Groupe

concentre

aussi

ses

activités

sur

le

« rapid

manufacturing », impression 3D appliquée aux séries industri elles. Il proposera dès février 2018 une imprimante industrielle utilisant la technologie RAF (Rapid Additive Forging) pour produire en série des pièces de grande taille en titane, dont la qualité métallurgique répond aux exigences du secteur aéronautique. Des acteurs de l’aéronautique

estiment

que

cette

technologie

pourrait

être

appliquée à près de 50% des pièces en titane utilisées dans la fabrication d’avions.

4.2.2 Pour les grandes entreprises utilisatrices , il faut différencier le domaine des pièces en polymère (déjà largement industriel) de celui des pièces métalliques, voire de celui d’autres « matériaux » (verres, sables, tissus vivants, bétons…). Chaque cas est vraiment très différent. 7

Encart

4

-

La

stratégie

adoptée

par

les

a été multipliée par 100 ( impression 3D metal low cost solution ). L’impression

fabricants

d’imprimantes et de matières premières versus le plus grand

métal devrait s’envoler en 2018.

développement des pièces imprimées

En

Selon Safran Additive Manufacturing (SAM)* , il y a des rendez -vous à

personnalisation du véhicule mais aussi la fabrication des outillages utilisés

ne

revanche,

il

peut

y

avoir

des

enjeux

importants

concernant

la

développement

par cette grande industrie. C’est ainsi le cas de AddUp, qui fabrique

aéronautique. Dans le cas d’un nouvel avion tel que le A350 certifié il

notamment des outillages de pneus par fabrication additive ( encart 5). D’une

y a bientôt 3 ans par exemple, on sait déjà à quel moment il y aura

manière générale, la fabrication d’outillages est d’ailleurs un enjeu important

pas

manquer

dans

tout

programme

de

une opportunité pour introduire des changements de technologie. Il

même hors automobile.

ne faut pas la rater. Cela implique d’avoir fait la démonstration technique et industrielle de la technologie. Aujourd’hui, les besoins pour les nouveaux avions certifiés se situent

Encart 5 - AddUp, une co-entreprise MICHELIN – FIVES

au niveau de l’optimisation des coûts, des délais et de la qualité, pas au niveau du re-design des pièces et de leur allègement. Les

AddUp a été créée en 2015 pour proposer le savoir -faire combiné de

fabricants doivent adapter leurs produits aux besoins des industriels,

ces Groupes à d’autres e ntreprises en matière de machines et des

adapter les prix qui aujourd’hui sont un véritable frein à l’utilisation

solutions d’impression 3D métal. MICHELIN par exemple déploie à

plus généralisée de ces technologies car les potentialités sont

l’échelle industrielle la fabrication additive de 650000 lamelles

importantes. Ils en prennent conscience progressivement.

métalliques par an pour ses moules de cuisson de pneu (1 e r grand succès industriel mo ndial). Les designs spécifiques possibles et

* SAM est la nouvelle entité créée en 2015 pour accompagner la

diversifiés de moules de cuisson des pneus obtenus grâce à la

généralisation de la fabrication additive au sein du Groupe Safran et

fabrication additive de ces lamelles permettent en effet de jouer sur

pour conduire des programmes de R&D produits et services

la sculpture des pneus, donc sur leur performance, jamais atteinte auparavant.

Voir aussi en annexe 2, sections 3 et 4

Cette co-entreprise anime un programme de recherche appliquée sur 6 ans dans le domaine de la fabrication additive métallique, SOFIA,

Le secteur de l’automobile est dans une situation différente car les séries y

qu’elle a initié fin 2016. Ce programme qui associe industriels et

sont beaucoup plus importantes. La vitesse à laquelle la fabrication additive

académiques est axé sur le développement de l’ensemble de la

pourrait concurrencer des procédés éprou vés et optimisés pour de grand es

chaîne de production (élaboration des poudres, équipements et

séries n’est pas encore claire. Cela étant, l’évolution en cours des

procédés d’impression) pour répondre en particulier aux exigences de l’industrie aéronautique. Il est financé par BPI France dans le cadre

performances des imprimantes, précisément pour l’impression métallique

d’un PIA.

rend de plus en plus envisageable la production de masse. MICHELIN est le 1 e r

Voir également en annexe 2 pour les voies de captation de la valeur

cas (voir encart 5). Desktop Metal, start-up américaine, va fournir cette

ajoutée liée à l’impression 3D

année des machines dont la vitesse de production des pièces dites « vertes » 7

De même pour les verres, on pourra viser le marché des bouteilles de parfum 7

Une pièce verte est une pièce intermédiaire obtenue après injection à chaud et sous pression dans un moule d’une poudre métallique et d’un liant à base de polymère, dans le procédé MIM

où la différenciation par la forme et la couleur est majeure. Ce ne sera pas le 8

cas pour les bouteilles de vin ou de bière « grand public », par exemple (voir

a mené une expérience de coulage du béton, mais le Groupe en est aux

encart 6).

prémices de la technologie. Encart 6 - Secteur de l’emballage verrier pour boissons et

Les exemples ci-dessus montrent que l’industr ie lourde française s’est déjà

produits alimentaires

largement mobilisée 9.

Cette technologie est surveillée de près par les grands acteurs du domaine comme VERALLIA (3 e producteur mondial). Des travaux très

Il serait important pour la France de promouvoir et d’accompagner cet

intéressants du Karlsruhe Institute of Technologie montrent que des

écosystème formé par l’ensemble des acteurs mobilisés sur la fabrication

objets en verre d'une grande précision dimensionnelle peuvent être

additive. Il y a là une véritable opportunité de reconstru ire une filière

réalisés avec un état de surface de plus en plus lisse.

machine-outil française spécifique et de soutenir le développement d’une

Un point fort de cette technologie est effectiveme nt de faciliter la

filière additive qui pourra avoir une place non négligeable dans les usines de

différentiation entre article (dans le respect de ce que la résistance

demain.

mécanique du matériau autorise par rapport à l'usage qui sera fait de l'objet) en plus de pouvoir s'affranchir de toute moulerie.

4.2.3 Le cas des ETIs et PMEs

La recyclabilité des produits finis sera un point clé pour permettre un

L’encadré 1 montre que certaines entreprises se s ont déjà bien engagées

éventuel changement de procédé. Le verrou majeur aujourd'hui reste les temps de cycle qui sont très éloignés des vitesses de production.

dans cette évolution. Cependant, selon Ernst & Young 10, environ 75% des 900

Compte tenu de cela, à moins d'une invention de rupture permettant

entreprises prises en compte dans leur étude (au niveau mondial) n’ont

de faire un bon d dans la vitesse d'impression, tout en bénéficiant

aucune expérience de l’impression 3D. La principale raison invoquée est le

d'une matière première recyclée (à iso -coût, voir e moindre) et de déboucher

sur

un

coût

global

de

fabrication

compétitif,

manque d’information sur ses capacités.

une

retombée possible n’est pour le moment pas entrevue dans ce secteur d’activité .

Une croissance en matière d’adoption des techniques de fabrication additive par tous les secteurs est néanmoins attendue au cours des prochaines

Dans le secteur du bâtiment, des initiatives existent. Elles concernent

années.

majoritairement l’impression 3D directe (sur site) ou indirecte (réalisation d’éléments de structure en usine et assemblage sur site) de maisons

Ceci souligne l’importance de la sensibilisation et de la formation (voi r §

8

individuelles et de bureaux, à part ir de bétons, mortiers et argiles . Peu

4.3.4 et encarts 7 et 8). Il y a en effet peu de secteurs qui ne soient,

d’exemples concernent l’impression 3D d’immeubles. Bouygues Construction

finalement, touchés. Autant, la prudence est recommandée, autant l’absence de réaction serait grandement préjudiciable.

8

En France par exemple, Lafarge et la start -up XtreeE pour la réalisation d’éléments de structure de maisons bas carbone, Constructions 3D pour l’im pression 3D sur site de maisons

9

Voir en annexe 2 quelques autres remarques générales sur le sujet

10

How Will 3D Printing Make Your Company The Strongest Link In The Value Chain ?, Ernst & Young’s Global 3D Printing Report 2016 9

- FIM et l’Académie des technologies). Les pays en retard en formation 4.0 seront aussi en retard en réindustrialisation. 4.3.2 Enjeux environnementaux Sur le plan environnemental, l’impression 3D nécessite moins de matières premières et produit moins de déchets que l’usinage par découpe. Son utilisation posera cependant de façon nouvelle la question du recyclage des co-produits et déchets néanmoins engendrés. Le bilan énergétique semble également favorable. Il faut néanmoins faire une analyse de cycle de vie (ACV) au cas par cas. 4.3.3 Enjeux d’aménagement du territoire techniques

L’impact en matière d’aménagement du territoire peut aussi être important

d’impression 3D selon Ernst & Young – étude portant sur 900

car ces technologies incitent à la relocalisation de la production près du

entreprises dans 12 pays dont les USA (200), la Chine et la Corée

client utilisateur. L’étude précédemment citée indique qu’un peu plus de 40%

Evolution

de

l’adoption

par

les

entreprises

des

du sud (170), la France (80), l’Allemagne (200) et l’Angleterre

des 900 entreprises interrogées à travers le monde pensent que cette

(100)

technologie

impactera

la

localisation

des

usines.

Cette

relocalisation

4.3 Autres enjeux

s’amplifiera encore avec les produits innovants de d emain.

4.3.1 Enjeux en matière d’emploi

4.3.4 Enjeux de formation

C’est évidemment un point crucial pour notre pays. Les technologies

L’impression 3D pourrait avoir une utilité dans le domaine de la formation :

développées nécessiteront de nouvelles compétences et en rendront

(i)

formation générale, où dans les cours de technologie pour tous, sa

obsolètes d’autres. L’effet global est difficile à estimer et le cadencement

généralisation permettrait de « toucher la matière », des exercices de

dans le temps encore plus. On ne peu t qu’insister sur la formation nécessaire

création et design, de conception (dont codage élémentaire), de

à plusieurs niveaux pour ne pas « rater le coche » sous peine de voir

fabrication de produits familiers. L a dimension ludique ajouterait un

supprimer des emplois chez nous et en voir se créer ailleurs.

attrait à ces enseignements ; (ii)

Globalement, la technologie va se développer, bien qu’on ne sache pas

formation professionnelle où le renforcement de sa présence

encore dans quelle proportion. Il faut donc évaluer les impacts sociétaux au

accompagnerait une montée en compétenc es dans le champ de la

cas

conception

par

cas

(déplacement

des

industries

traditionnelles).

Ceci

est

innovante

complément).

particulièrement critique pour aider à la transformation de l’industrie mécanique (sujet largement traité par la Fédération des Industries Mécanique 10

et

du

design

(voir

aussi

encart

8

en

Dans les deux cas, la fabrication additive est une source d’expérimentation,

Encart 8 - Le point de vue d’une ETI sur les connaissances de

de sensibilisation au réel par rapport au virtuel.

base en 4.0 D’après

AXON’CABLE,

l’impression

3D

tout

comme

les

objets

De plus, la possibilité de passer , de plus en plus facilement, d’une image en

connectés, est un des sous-ensembles de l’indust rie 4.0. L’industrie

deux ou trois dimensions à un objet peut avoir un impa ct extrêmement positif

4.0 doit s’enseigner comme de la culture générale de base dès le collège, voire le primaire. Le s connaissances de base en 4.0 sont les

sur la culture technique de chacun. Ceci peut contribuer à redonner de la

suivantes :

valeur aux processus d’apprentissage et aux métiers techniqu es. L’Education

Conception de dessins en 3D (il y a des logiciels gratuits : 1-2-3

Nationale devrait donc s’approprier ce nouvel outil.

design…), impression 3D (il suffit de brancher une imp3D plastique à 500€ sur la sortie USB du PC), découpe laser (permet de la production

Encart

7

-

Des

leviers

possibles

pour

la

montée

3D

en

compétence des PME D’après

Sculptéo*,

2

en

strato -conception :

programmation ARDUINO technique

approches

sont

nécessaires :

/

(50 mots à

coût

de

(1 automate

la

machine

Arduino

=

laser

1,5K€),

10€),

anglais

apprendre pour programmer facilement

l’ARDUINO), utilisations de capteurs, de LED et de moteurs (le kit

une

Arduino très complet coûte 50€).

communication sur les capacités des technologies d’impressi on 3D devrait être organisée par les pouvoirs publics pour convaincre les équipes de direction technique de les adopter / La possibilité de

Il y a des initiatives intéressantes dans ce sens de la part d’industriels.

recruter gratuitement sur une période de 2 ans le 1 e r ingénieur.

L’entreprise AddUp, déjà citée propose aujourd’hui d’acquérir gratuitement

*Sculptéo, leader mondial français de la fabricat ion digitale, offre un

des connaissances de base en impression 3D grâce à des formations en ligne

service

(MOOC) sur un site dédié.

en

ligne

d’impression

3D

et

de

découpe

laser

professionnelles . L’entreprise propose aussi une production sur demande de prototypes, produits individuels et petites séries

Il y a donc des potentialités en matière d’aide à la formation. Il y a, par ailleurs des enjeux du côté du besoin en formation avec la nécessité de formations spécialisées car la technologie demande des connaissances en matériaux, logiciels, contrôle, etc… C’est un point important et urgent. 4.3.5 Enjeux juridiques La technologie va permettre que toute l’information relative à une fabrication puisse être, au moins partiellement, reproduite et copiée comme on le fait pour un logiciel. I l faudra donc sans doute modifier certaines règles de propriété industrielle entre droit des brevets et droit des logiciels. Ainsi, faudra-t-il peut-être enregistrer ses modèles à l’INPI.

11

La contrefaçon sera également grandement facilitée. Il y aura donc la

6. Où en est la recherche, en particulier en France et en Europe par

question de la traçabilité des pièces. La question de la traçabilité pose celle

rapport aux autres continents ? En particulier, y mène -t-on des

de la certification et de la qualité réelle des pièces réalisées. Les acteurs se

recherches

positionneront très certainement sur la traçabilité de la qualité. La

impression 3D du graphène, nano-impression, impression 4D,

sécurisation

numérique

(crypto)

des

données

sera

un

levier

pour

en

impression

3D

de

pointe

(bio -impression,

etc…) ?

accompagner les applications exigeantes en termes de sécurité.

Il y a beaucoup d’activités de rech erche en France dans pratiquement tous les

5. De façon prospective, en quoi l’impression 3D pourrait -elle

domaines, à un bon niveau. En particulier, il y a des équipes dans tous les

bouleverser les modes de production ?

domaines que vous évoquez (bio-impression, impression 3D du graphène, nano-impression,

Beaucoup de points ont été abordés dans le paragrap he précédent.

impression

4D,

etc.).

Le

sujet

est

plutôt

sur

leur

coordination « souple » afin d’éviter les doublons tout en maintenant une grande liberté aux innovateurs. Ainsi, l’AIF avec le CETIM cherche à faire un

C’est une révolution pas seulement pour la production, mais aussi pour

minimum de coordination et chaque région cherche à se spécialiser (c’est

l’organisation de la structure des usines et des laboratoires ainsi que des

encore embryonnaire).

méthodes de distribution. C’est la conjonction du progrès des ordinateurs, du

Par ailleurs, des regroupements importants se mettent en place : citons la

calcul des structures, de la robotique généralisée, des matériaux et de la

création d’une plateforme de fabrication additive au CEA Saclay, le AFH

maîtrise de l’ensemble qui créera la rupture.

(Additive Factory Hub, inaugurée en décembre 2017) pour accélérer le

Les secteurs les plus concernés ont déjà commencé leurs travaux pour utiliser

développement de l’impression métallique, piloté e par le CETIM et le CEA.

la technologie. Il y aura de nouveaux acteurs qui fourniront des machin es,

Elle réunit des acteurs académiques et industriels (utilisateurs finaux et

des logiciels interfacés avec les grands logiciels de CAO, mais aussi des

fournisseurs de technologies tels que Safran, Dassault systèmes, EDF…) pour

acteurs actuels qui auront su évoluer (usineurs, traitements de surface,

des projets de R&D mutualisés et pour faciliter les transferts technologiques

fabricants de matériaux, fournisseurs d’outils

vers les PME. Ce dernier point est important pour leur montée en

de contrôle, ingénierie

fournisseurs d’usines « clé en main », etc..).

compétence technologique, problématique largement traitée par l’Académie

De nombreux acteurs (industriels et académiques) ont pris des initiatives

des technologies 11.

pour travailler en réseau, capitaliser leurs connaissances et en acquérir de nouvelles, ainsi que cela a été évoqué précédemment. Il faut les soutenir et

Il y a de grands programmes nationaux aux USA, en Allemagne, au Japon et en

les renforcer. En Allemagne, aux USA, à Singapour, en Chine, …des centres de

Chine (cette dernière a lancé des programmes 3D en1995 et depuis 2005 elle

référence coordonnés émergent (au moins dans les présentations). Ceci pose

y a investi des sommes considérables), avec des aspects académiques de bon

la question d’une coordination nationale (via le CETIM ? Les Instituts

niveau, mais aussi industriels.

CARNOT ?...).

11

12

Conclusions sur cette problématique à paraître au 2 e semestre 2018

7. Les règles existantes (France, Union européenne, international)

8. Faut-il une intervention de la puissance publique (France, Union

sont-elles adaptées ?

européenne) et si oui laquelle ?

Il y a des normes qui sont déjà publiées ou en cours d’élaboration (le groupe

Comme indiqué ci-dessus, un minimum de coordination des interventions de

de travail ISO/TC 261 prépare une norme sur le sujet depuis 2013, au niveau

la puissance publique aux différents niveaux géographiques serait bienvenue

européen le comité technique CEN/TC 438 a été mis en place en janvier

(PIA, DGE, DGRI, Régions, départements, métropoles, etc…). Ceci concerne à

2015). Un des groupes mis en place par l’A IF traite de ce sujet encore

fois les initiatives de soutien financier à la formation (initiale ou continue), à

mouvant (CETIM…).

la recherche, au développement ou au déploiement industriel. La stratégie nationale nécessite donc un sav ant dosage entre coordination, centralisation,

Pour l’instant ce sont des règles d’autres origines (environnementales telles

initiative

privée

que REACH ou RoHS, gestion des personnels, sécurité des personnes et des

géographiques.

et

délégation

des

décisions

à

différents

niveaux

produits, principe de précaution, etc..) qui peuvent être applicables, mais il n’y a rien de vraiment spécifique à la fabrication additive. Pour le secteur

L’Etat a, en particulier, un rôle stratégique à jouer pour susciter des

médical par exemple, il n’y a pas d’environnement dédié à la fabrication

recherches, du développement et de l’innovation sur le s points critiques

additive au LNE -GMED, organisme de certification.

suivants correspondants aux points jugés importants dans la chaîne de valeur

En revanche, il faudra prévoir de s évolutions réglementaires pour anticiper

(§ 3) :

les difficultés probables dues à la démocratisation de la technologie (voir §

-

4.3.5 concernant l’évolution des règles de PI et de contrefaçon).

de l’expertise matériaux au niveau national

Il s’agit de trouver le bon dosage, entre la création de normes qui permettent de

partager

un

contexte

commun,

sans

dresser

de

barrières

Développement de nouveaux matériaux de déposition et coordination Développement des machines, des logiciels, leur sûreté (cryptage) et leur interfaçage

trop

-

contraignantes à la démocratisation des technologies.

Automatisation et intégration ainsi que la maîtrise des procédés pour l’augmentation des performances

En revanche, les secteurs très réglementés tels que l’aéronautique ou le médical doivent s’appuyer sur des norm es claires.

13

EVENTUELLEMENT en SUSCITANT la cr éation de centres d’excellences

ANNEXE 1 : familles de procédés, matériaux utilisables Les transparents suivants ont été fait par le pôle Materalia ( https://www.materalia.fr/) dans le Grand Est.

La fabrication additive : de nombreux procédés

On voit ici tous les types de matière qu’il est possible de traiter. On conçoit bien que le type de machine sera différent lorsque le produit à réaliser sera en titane ou en silice. Notons toutefois que la possibilité de déposer plusieurs matériaux « pas trop différents » sur une seule machine « multi-tête » peut être très attractive. L’hybridation des procédés est en effet une tendance récente très notable : il y a deux têtes de robots dans une même enceinte déposant des matériaux différents.

Les types de procédés sont assez différents : d’une manière générale, on amène du matériau sous forme de poudre de fil de plaque fine ou de liquide. La matière est fondue, modifiée, travaillée ou déposée par des robots articulés 3D pilotés numériquement. Suivant la matière traitée (métal, polymères, céramiques, verres, tissus vivants, al iments, cartons, bêtons, briques, etc..), il y a évidemment des technologies concrètes très différentes même si les concepts de base du design des produits et du pilotage numérique en 3D des robots sont les mêmes.

14

La fabrication additive : de nombreux procédés

La fabrication additive : de nombreux procédés

La fabrication additive a commencé pour les polymères grâce à des techniques de polymérisation ou réticulation d ans le volume au moyen de lasers. Ceci est largement industrialisé. Il y a encore beaucoup de recherches dans le domaine pour trouver des matériaux gardant de bonnes propriétés Pour le métal, il y a 4 grandes classes de tec hnologies en partant de poudres

dimensionnelles tout en permettant des cadences élevées. Le domaine est

de plaques ou de fils. Le choix de la technologie est délicat. Lorsqu’on fond

déjà largement développé avec de nombreux industriels proposant des

un métal, l’oxydation est un problème et il faut donc travailler sous vide ou

produits.

sous atmosphère inerte. La poudre permet un état de surface « acceptable » pour certaines applications. Il faut néanmoins développer des traitements spécifiques car réusiner des pièces 3D compliquées n’est pas toujours possible. Le fil permet des productivités meilleures mais ne permet pas toutes les formes. La France jou it d’une position enviable pour le rechargement laser (société BeAm déjà citée) et la fabrication à partir de plaques par stratification 12.

12

https://cirtes.com/ 15

2/ Les autres voies de captation de la valeur ajoutée liée à l’impression 3D

ANNEXE 2 : Autres éléments d’intérêt

dans les processus de production pour différents secteurs évoqués par un

1/ Liste d’entreprises intéressantes dans le cas particulier de la fabrication

spécialiste du domaine, AddUp

additive métallique

 La conception d’avions de nouvelle génération dans le secteur aéronautique. En raison des contraintes réglementaires, le processus de requalification des pièces obtenues par fabrication additive sur les avions existants entraîne en effet un surcoût.

 Dans le secteur de l’outillage, les gabarits, moules et outils d’assistance opérationnelle utilisés t out au long des processus de fabrication est une réalité industrielle à court terme pour la production en grande série. Par exemple, dans le moulage par injection plastique, l’atout de la technologie est en effet la capacité à fabriquer des moules plus eff icaces en termes de refroidissement, impactant la vitesse de réinjection du plastique, et donc l’augmentation des cadences de production.

 Dans le secteur automobile, outre les possibilités d’impression des composants intérieurs et extérieurs non structurel s, de personnalisation esthétique de masse pour une plus grande pénétration du marché, l’analyse de la chaîne globale depuis la conception jusqu’au transport est aussi nécessaire. Il faut s’interroger sur la manière dont cette technologie peut être utilisé e pour obtenir des résultats inabordables autrement, ne pas chercher par exemple à réduire les coûts de fabrication à iso -design. D’autre part, certains acteurs souhaitent faire vivre leurs modèles. Les pièces de collection sont un créneau à regarder.

 La fabrication additive pourrait aussi accompagner la dynamique du marché de l’énergie qui se transforme avec l’introduction des

16

énergies renouvelables et le développement des systèmes de

3/ Les rendez-vous à ne pas manquer dans un programme aéronautique

stockage (H 2 , électricité) et de recharge, au plus près des usages.

Selon Safran Additive Manufacturing

 Le secteur médical est un marché très structuré et réglementé. Il y a 2 approches : démontrer qu’il est possible d’apporter de la robustesse à l’exploitation industrielle ; montrer sa capacité à accompagner l’innovation (ex. du partenariat avec Carmat). Par ai lleurs, la personnalisation fonctionnelle de dispositifs médicaux (prothèses, implants…) tirera le développement de la technologie.

 Enfin, dans toute analyse d’intégration de cette technologie dans une chaîne de production, il est indispensable de prendre en compte le

4/ La stratégie adoptée par les fabricants d’imprimantes et de matières 1 e r e s vs le

coût d’usage des imprimantes et des produits imprimés utilisés dans

plus grand développement des pièces imprimées

les procédés de fabrication. Le coût de fabrication d’une pièce métallique est réparti de la façon suivante :

-

50% pour l’obtention d’un brut (dont le coût de la matière 1 e re représente de 2-15%, le reste étant l’amortissement de l’imprimante)

-

50% pour la post-fabrication (finition de surface, traitements thermiques, machine…)

Le poids de la matière 1 e r e (poudre métallique) qui est aujourd’hui perçue comme faible augmentera au fur et à mesure des progrès réalisés sur la post fabrication. Les fabricants doivent se positionner rapidement au bon niveau compte -tenu du besoin actuel des utilisateurs (voir section 3/).

17